DE102007043077A1 - Sensor arrangement and method for operating a sensor arrangement - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Sensoranordnung mit einem Sensormodul und einer Induktionseinheit vorgeschlagen, wobei das Sensormodul eine erste Antenne aufweist und wobei die Induktionseinheit ein zweite und dritte Antenne aufweist, wobei eine Induktionsübertragung von Signalen zwischen der ersten und der zweiten Antenne vorgesehen ist und wobei die Signale von der dritten Antenne elektromagnetisch gesendet und/oder empfangen werden.It is proposed a sensor arrangement with a sensor module and an induction unit, wherein the sensor module has a first antenna and wherein the induction unit comprises a second and third antenna, wherein an induction transmission of signals between the first and the second antenna is provided and wherein the signals from the third antenna are transmitted and / or received electromagnetically.
Description
Die Erfindung geht aus von einer Sensoranordnung nachdem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention is based on a sensor arrangement according to the preamble of claim 1.
Solche
Sensoranordnungen sind allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus
der Druckschrift
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die erfindungsgemäße Sensoranordnung und das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Sensoranordnung gemäß den nebengeordneten Ansprüchen haben gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass keine galvanische Ankopplung zwischen dem Sensormodul und der dritten Antenne zum Empfang und/oder zur Ausstrahlung elektromagnetischer Signal vorgesehen ist. Folglich wird kein mechanisch oder chemisch beanspruchbarer elektrisch leitfähiger Kontakt in die Sensoranordnung integriert und das Sensormodul wird vollständig von einem geschlossenen, kompakten Modulgehäuse umschlossen. Im Vergleich zum Stand der Technik ist die erfindungsgemäße Sensoranordnung daher wesentlich kostengünstiger herstellbar und gewährleistet gleichzeitig eine erheblich gesteigerte Zuverlässigkeit, insbesondere bei der Integration in einen Reifen, in welchem sowohl starke mechanische Beanspruchungen der Sensoranordnung durch Vibrationen, Spannungen, hohe Beschleunigungskräfte etc., als auch hohe chemische Belastungen durch Motoröle, Abgase, Feuchtigkeit, etc. auftreten. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Integration des Sensorelements in das vergleichsweise kompakte Modulgehäuse, wobei trotz der Kompaktheit gleichzeitig eine hohe Sende- und/oder Empfangsleistung der Sensoranordnung erzielt wird. Dies wird durch die Induktionseinheit außerhalb des Modulgehäuses ermöglicht, welche insbesondere das Sensormodul zumindest teilweise umschließt und wobei die Signalübertragung zwischen dem Sensorelement und der Induktionseinheit über eine rein induktive Übertragung zwischen der ersten und der zweiten Antenne erfolgt. Durch diese rein induktive und vergleichsweise kurzreichweitige Signalübertragung wird eine Realisation der ersten und der zweiten Antenne mit vergleichsweise geringen Ausmaßen ermöglicht. Die induktive Signalübertragung ist bevorzugt eine Signalübertragung die auf der Erzeugung eines ersten elektrischen Stromflusses in der ersten bzw. der zweiten Antenne in Abhängigkeit einer zeitlichen Änderungen eines magnetischen Flusses basiert, wobei der magnetische Fluss aus einer zeitlichen Änderung der Stromstärke eines zweiten Stromflusses durch die zweite bzw. die erste Antenne resultiert. Die Abstrahlung und/oder der Empfang von Signalen durch die dritte Antenne basiert insbesondere auf elektromagnetischen Wechselfeldern, welche im Gegensatz zur induktiven Signalübertragung eine größere Reichweite aufweisen. Bevorzugt dient die dritte Antenne zur Kommunikation des Sensorelements mit einem Fahrzeugkontrollsystem, wobei besonders bevorzugt die Abfrage und/oder das Senden von Reifenkontrolldaten vorgesehen ist. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Induktionseinheit in einem Reifen vormontierbar ist, wobei bevorzugt standardisierte Eigenschaften, wie bspw. Impedanz und Antennengüte, festgelegt sind, so dass je nach Anforderung ein beliebiges Sensormodul in einem zeitlich späteren weiteren Herstellungsschritt in den Reifen optional integrierbar ist. Besonders bevorzugt ist die Integration der Übertragungseinheit in den Reifen im Herstellungsprozess des Reifens durch direktes Einvulkanisieren derselben vorgesehen.The Sensor arrangement according to the invention and the inventive Method for operating a sensor arrangement according to the have sibling claims against the State of the art has the advantage that no galvanic coupling between the sensor module and the third antenna for receiving and / or is provided for broadcasting electromagnetic signal. consequently does not become mechanically or chemically stressable electrically conductive Contact integrated into the sensor assembly and the sensor module is completely enclosed by a closed, compact module housing. Compared to the prior art, the inventive Sensor arrangement therefore much less expensive to produce while ensuring a significantly increased Reliability, especially when integrated into one Tire in which both strong mechanical stresses of the Sensor arrangement due to vibrations, voltages, high acceleration forces etc., as well as high chemical pollution by engine oils, Exhaust gases, moisture, etc. occur. Another advantage of the present Invention is the integration of the sensor element in the comparatively compact module housing, despite the compactness at the same time achieves a high transmitting and / or receiving power of the sensor arrangement becomes. This is done by the induction unit outside of the Module housing allows, in particular the sensor module at least partially encloses and wherein the Signal transmission between the sensor element and the induction unit via a purely inductive transmission between the first and the second antenna takes place. By this purely inductive and comparatively Short-range signal transmission becomes a realization the first and the second antenna with comparatively small Dimensions allowed. Inductive signal transmission is preferably a signal transmission on the generation of a first electrical current flow in the first and the second Antenna depending on a temporal change based on a magnetic flux, the magnetic flux from a temporal change in the current a second current flow through the second and the first antenna results. The radiation and / or reception of signals by the third Antenna is based in particular on electromagnetic alternating fields, which in contrast to the inductive signal transmission a have greater range. Preferably, the third antenna for communication of the sensor element with a vehicle control system, wherein particularly preferably the query and / or the sending of tire control data is provided. Another advantage of the present invention is that the induction unit is preassembled in a tire, wherein preferably standardized properties, such as, for example, impedance and Antenna grade, are fixed, so that according to the requirement any sensor module in a temporally later another Manufacturing step in the tire is optionally integrated. Especially preferred is the integration of the transmission unit in the tire in the manufacturing process of the tire by direct vulcanization the same provided.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmbar.advantageous Refinements and developments of the invention are the subclaims, and the description with reference to the drawing.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung umfasst die erste Antenne eine Drahtschleife, ein Drahtbügel oder eine Leiterbahnschleife, insbesondere auf einer Leiterplatte. Vorteilhaft wird somit eine besonders effiziente Induktionsübertragung der ersten Antenne realisiert, wobei bevorzugt Drahtschleifen oder Leiterbahnschleifen mit mehreren Windungen vorgesehen sind. Besonders vorteilhaft ist die besonders bevorzugte direkte Integration der ersten Antenne in eine Leiterplatte vorgesehen, da dies eine kostengünstige und einfache Herstellung der ersten Antenne im Herstellungsprozess der Leiterplatte ermöglicht, wobei die Leiterplatte insbesondere zur Verschaltung des Sensorelements, weiterer mikroelektronischer Bauelemente, der ersten Antenne und/oder weiterer passiver Bauelemente fungiert.According to one preferred embodiment, the first antenna comprises a wire loop, a wire bow or a conductor loop, in particular on a circuit board. Thus, a particularly efficient one becomes advantageous Implemented induction transmission of the first antenna, wherein prefers wire loops or conductor loops with several turns are provided. Particularly advantageous is the most preferred direct integration of the first antenna into a printed circuit board, as this is a cost effective and easy way of producing the first antenna in the PCB manufacturing process, wherein the printed circuit board in particular for interconnecting the sensor element, further microelectronic components, the first antenna and / or other passive components acts.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst die zweite Antenne und/oder die dritte Antenne eine Drahtschleifen-, Helix-, Loop- und/oder Dipolantenne, wobei bevorzugt die zweite und dritte Antenne einstückig ausgebildet sind und wobei besonders bevorzugt die zweite und/oder die dritte Antenne mehrere Windungen aufweisen. Vorteilhaft ermöglicht die einstückige Ausbildung der zweiten und dritten Antenne eine kostengünstige Herstellung derselben in einem einzigen Herstellungsprozess. Eine Ausbildung der zweiten Antenne als Helix steigert ebenfalls die Effizienz der induktiven Signalübertragung. Insbesondere sind die Kopplungsebenen der ersten und zweiten Antenne im Wesentlichen parallel zueinander vorgesehen.According to a further preferred development, the second antenna and / or the third antenna comprises a wire loop, helix, loop and / or dipole antenna, wherein preferably the second and third antennas are integrally formed, and particularly preferably the second and / or the third Antenna have several turns. In front In part, the integral formation of the second and third antennas enables cost-effective production thereof in a single manufacturing process. Forming the second antenna as a helix also increases the efficiency of the inductive signal transmission. In particular, the coupling planes of the first and second antennas are provided substantially parallel to each other.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das Sensormodul innerhalb der als Drahtschleife oder Helix ausgebildeten zweiten Antenne angeordnet ist, wobei in vorteilhafter Weise die Effizienz der Induktionsübertragung weiter gesteigert wird. Zusätzlich ermöglicht diese Anordnung eine einfach zu realisierende, mechanische Fixierung zwischen dem Modulgehäuse und der Induktionseinheit, wobei bevorzugt eine vollständige Integration und/oder ein Verrasten bzw. Verklemmen der zweiten Antenne in das Modulgehäuse oder ein Aufkleben derselben auf das Modulgehäuse vorgesehen ist. Ebenso ist bevorzugt eine Anordnung der zweiten Antenne in einem weiteren Gehäuse vorgesehen, wobei das weitere Gehäuse mit dem Modulgehäuse verrastet und/oder verklebt ist.According to one Another preferred development is the sensor module within arranged as a wire loop or helix second antenna is, advantageously, the efficiency of induction transmission is further increased. Additionally possible This arrangement is an easy to implement, mechanical fixation between the module housing and the induction unit, wherein preferred a complete integration and / or latching or Jamming the second antenna in the module housing or a gluing them provided on the module housing is. Likewise preferred is an arrangement of the second antenna in provided a further housing, wherein the further housing latched and / or glued to the module housing.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die dritte Antenne zwei Teilbereiche auf, wobei die zweite Antenne zwischen den zwei Teilbereichen angeordnet ist und wobei bevorzugt die Teilbereiche als Dipolantenne ausgebildet sind. Vorteilhaft ist somit eine Einkopplung der Signale durch die zweite Antenne in die dritte Antenne besonders effizient, wobei eine Integration der als Dipol ausgebildeten dritten Antenne in einen Fahrzeugreifen in einfacher Weise ermöglicht wird.According to one Another preferred embodiment, the third antenna has two Subareas, wherein the second antenna between the two subregions is arranged and wherein preferably the sub-areas as Dipolantenne are formed. A coupling of the signals is thus advantageous particularly efficient through the second antenna into the third antenna, wherein an integration of the third antenna designed as a dipole is made possible in a vehicle tire in a simple manner.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist dass das Sensormodul passive, mikroelektronische und/oder mikromechanische Bauelemente aufweist, bevorzugt wenigstens einen Reifendrucksensorchip, und dass die Bauelemente auf der Leiterplatte und/oder einer weiteren Leiterplatte angeordnet sind. Im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst eine Leiterplatte, sowohl flexible und starre Platinen, als auch eine beliebige Anzahl einzelner Leiterbahnen, welche als Platte und/oder auf einer Platte bzw. Ebene ausgebildet sind. In vorteilhafter Weise wird durch die Weiterbildung eine vergleichsweise kompakte und kostengünstig herstellbare Ausführung des Sensormoduls durch die Integration der Bauelemente und der ersten Antenne auf der einen Leiterplatte realisierbar. Die Einbindung eines Reifendrucksensorchips in das Sensormodul ermöglicht ferner die Realisation der Sensoranordnung als ein schnurloser Reifendrucksensor.According to one Another preferred development is that the sensor module passive, has microelectronic and / or micromechanical components, preferably at least one tire pressure sensor chip, and that the components arranged on the circuit board and / or another circuit board are. For the purposes of the present invention, a printed circuit board comprises both flexible and rigid boards, as well as any number individual conductor tracks, which as a plate and / or on a plate or level are formed. Advantageously, by the Continuing a comparatively compact and cost-effective manufacturable version of the sensor module through the integration the components and the first antenna on the one circuit board realizable. The integration of a tire pressure sensor chip in the Sensor module also allows the realization of the sensor arrangement as a cordless tire pressure sensor.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die Kopplungsebenen der ersten und der zweiten Antenne, welche insbesondere als Drahtschleifen ausgebildet sind, senkrecht zur Reifenlauffläche und/oder einer Stahlgürtelfläche ausgerichtet. Vorteilhaft werden somit Einflüsse der Stahlgürtelfläche auf die Kopplungseigenschaften bei der induktiven Signalübertragung zwischen der ersten und zweiten Antenne minimiert.According to one Another preferred development, the coupling levels of first and second antenna, which in particular as wire loops are formed, perpendicular to the tire tread and / or aligned with a steel belt surface. Advantageous thus become influences of the steel belt surface on the coupling properties in inductive signal transmission minimized between the first and second antenna.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb einer Sensoranordnung, wobei elektrische Signale, welche von wenigstens einem der Bauelemente erzeugt werden, über die erste Antenne zur zweiten Antenne induktiv übertragen und von der dritten Antenne elektromagnetisch ausgestrahlt werden und/oder wobei elektromagnetische Signale von der dritten Antenne empfangen und über die zweite Antenne zur ersten Antenne induktiv übertragen werden, wobei die entsprechenden elektrischen Signale von der ersten Antenne zu wenigstens einem Bauelement geleitet werden. Vorteilhaft wird somit eine zuverlässige und sichere Signalübertragung bzw. ein Signalempfang und/oder eine Signalausstrahlung durch eine kompakte Sensoranordnung ermöglicht, welche vergleichsweise hohen mechanischen und/oder chemischen Belastungen ausgesetzt ist.One Another object of the present invention is a method for operating a sensor arrangement, wherein electrical signals, which generated by at least one of the components over the first antenna to the second antenna inductively transmitted and radiated electromagnetically by the third antenna and / or wherein electromagnetic signals from the third antenna received and via the second antenna to the first antenna be transmitted inductively, the corresponding electrical Signals from the first antenna to at least one component passed become. Thus, a reliable and safe becomes advantageous Signal transmission or a signal reception and / or a Signal transmission through a compact sensor arrangement allows which comparatively high mechanical and / or chemical loads is exposed.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung in einem Fahrzeugreifen, bevorzugt in einem Reifend ruckkontrollsystem.One Another object of the present invention is a use a sensor arrangement according to the invention in one Vehicle tire, preferably in a tire pressure control system.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.embodiments The invention is illustrated in the drawings and in the following Description explained in more detail.
Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing
Es zeigenIt demonstrate
Ausführungsformen) der vorliegenden ErfindungEmbodiments) of the present invention invention
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt.In In the different figures, the same parts are always the same Reference numerals provided and are therefore usually also each named only once.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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